(57)【要約】  熱処理装置（１００）は、ウエハＷを収容する処理容器（１）と、処理容器（１）内でウエハＷを水平に支持する基板支持部（４）と、処理容器（１）の上方に設けられたランプユニット（３）とを具備し、ランプユニット（３）は、ベース部材（４０）と、ベース部材４０の下面に、先端を下方に向けて設けられた複数のランプ（４５）と、ベース部材（４０）の下面に、同心状にかつ下方に突出するように設けられたリング状の複数のリフレクタ（４１，４２，４３）と、リフレクタ（４１，４２，４３）の内部に冷却媒体を供給する冷却ヘッド（４７）とを有し、複数のランプ（４５）の少なくとも一部は、リフレクタ（４１，４２，４３）に沿って設けられており、リフレクタ（４１，４２，４３）の内部には、その配置方向に沿ってリング状の空間からなる冷却媒体流路（６８）が形成されている。
2011021549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を水平に支持する基板支持部と、
前記処理容器に形成された開口を介して、前記基板支持部に支持された被処理基板に対して光を照射するランプユニットと、
前記ランプユニットを支持するランプユニット支持部と
を具備し、
前記ランプユニットは、
先端を前記基板支持部に支持された被処理基板側に向けて設けられた複数のランプと、
前記複数のランプを支持するベース部材と、
前記ベース部材に、被処理基板の中心に対応する部分を中心にして同心状に、かつ被処理基板側に突出するように設けられた、前記ランプから照射された光を反射して被処理基板側に導く複数のリング状のリフレクタと、
前記リフレクタの内部に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と
を有し、
前記複数のランプの少なくとも一部は、前記リフレクタに沿って設けられており、前記リフレクタの内部には、その配置方向に沿ってリング状の空間からなる冷却媒体流路が形成されている、熱処理装置。
【請求項２】
前記基板支持部を回転させる回転機構をさらに具備し、これにより前記基板支持部に支持された被処理基板を回転させながら、前記ランプにより被処理基板を加熱する、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記リフレクタは、冷却媒体流路を規定し、かつ、表面が反射面となる側壁を有し、前記側壁の厚さが１．２〜５ｍｍである、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記リフレクタは、被処理基板の中心に対応する位置に関して回転対称の形状を有している、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記複数のリフレクタの内側および外側の反射面の少なくとも一部は、前記基板支持部に支持された被処理基板の面の法線に対して傾斜した円錐面を構成する、請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記複数のリフレクタの内側および外側の反射面は、前記基板支持部に支持された被処理基板の面の法線に対して０〜６０°の角度である、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記ランプは、前記基板支持部に支持された被処理基板の面の法線に対して内側に傾斜している、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項８】
前記ランプの傾斜角度は、５〜４７°の範囲である、請求項７に記載の熱処理装置。
【請求項９】
前記ランプを複数毎に取り付け部材に取り付けた構造のランプモジュールを複数有し、これらランプモジュールは前記ベース部材に着脱可能に設けられている、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１０】
前記ランプは、透明な石英管と、その内部の中央に設けられたフィラメントとを有し、前記複数のランプのうち隣接するものの前記石英管の中心間距離が２２ｍｍ以上、４０ｍｍ以下である、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
前記ランプは、透明な石英管と、その内部に設けられたフィラメントと、前記フィラメントに給電するための給電端子とを有し、前記ランプユニットは、前記給電端子に接触してそれを冷却するための冷却ブロックをさらに有し、前記冷却ブロックは放熱面を有し、前記放熱面が冷却媒体で冷却される冷却壁に接触するように設けられている、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１２】
前記冷却壁は、前記リフレクタに通流される冷却媒体により冷却される、請求項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１３】
前記ランプユニットは、前記冷却ブロックを前記冷却壁に向けて押しつけるように付勢する付勢部材をさらに有する、請求項１１に記載の熱処理装置。
【請求項１４】
前記ランプユニットは、前記ランプから発せられた光が前記給電端子に達することを防止する遮光壁をさらに有する、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１５】
前記遮光壁は、前記リフレクタに設けられている、請求項１４に記載の熱処理装置。
【請求項１６】
前記ランプユニットは、前記処理容器の前記開口を塞ぐように設けられた、前記ランプから放射された光を透過する光透過部材をさらに有し、前記光透過部材は前記ランプユニット支持部に支持されている、請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項１７】
前記ランプユニットは、前記光透過部材と前記ランプユニット支持部との間に設けられたシールリングをさらに有する、請求項１６に記載の熱処理装置。
【請求項１８】
前記ランプユニットは、前記ランプから発生した熱を排気可能な通風構造を有する、請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項１９】
前記ランプユニットの前記ベース部材は、前記各ランプが隣接するリフレクタから５ｍｍ以上離れるように前記ランプを支持するフレームを有する、請求項１８に記載の熱処理装置。
【請求項２０】
前記ランプユニット支持部は、前記シールリングが配置される部位の近傍に、前記シールリングを冷却する冷却媒体を通流する冷却媒体流路を有する、請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項２１】
前記光透過部材の上面に、前記ランプユニットから前記シールリングに向かう光を遮るカバーが設けられている、請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項２２】
前記光透過部材の被支持面と前記ランプユニット支持部の支持面との間に、滑り性を有する摺動部材が介装されている、請求項１７に記載の熱処理装置。
【請求項２３】
前記ランプユニット支持部には前記シールリングが挿入されるシールリング溝が形成され、前記シールリング溝に挿入された前記シールリングと前記光透過部材の面とが密着してシールされ、前記ランプユニット支持部の前記シールリング溝が形成されている面と前記光透過部材の前記段差部の前記面との間に０．５ｍｍ以上の段差が形成されている、請求項１７に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を急速昇温および急速降温可能な熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）に対して、成膜処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の各種熱処理が行われる。これら熱処理の中でも、特に、成膜後の歪み除去のためのアニール処理や、イオンインプランテーション後のアニール処理は、スループットの向上の観点および拡散を最小限に抑える観点から、高速での昇降温が指向されている。このような高速昇降温が可能な熱処理装置として、ハロゲンランプに代表されるランプを加熱源として用いたものが多用されている。【０００３】
このようなランプを用いた熱処理装置としては、ダブルエンドタイプのランプを複数平面状に敷き詰めた加熱ユニットを有するものが知られている（例えば特開２００２−６４０６９号公報）。また、シングルエンドのランプを縦に複数配置し、各ランプの周囲をリフレクタとして機能するライトパイプで覆った構造の加熱ユニットを有するものも知られている（例えば米国特許第５８４０１２５号）。【０００４】
上記特開２００２−６４０６９号公報に記載された技術では、ランプの配置密度およびランプ１本当たりの発光密度には限界があるため、加熱効率が十分とはいえない。【０００５】
また、上記米国特許第５８４０１２５号に記載された技術ではランプを縦に配置するため、ランプの配置密度を高くすることはできるが、ランプからの光がライトパイプとの間の狭い空間で反射を繰り返した後に被処理基板であるウエハに到達するため、ライトパイプ側に熱として吸収される割合が高く、エネルギー効率が悪い。また、リフレクタであるライトパイプは、ランプからの光を受けて温度が著しく上昇するため、ライトパイプの間に冷却水等の冷却媒体を流して冷却する必要があるが、ライトパイプはランプ毎に設けられているため、ライトパイプが冷却媒体の流れを阻害し、冷却水流路のコンダクタンスが低くなって、効率良く冷却することができず、十分な冷却を確保するためには冷却水の供給圧力を高くする必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、ランプを用いて被処理基板をエネルギー効率良く加熱することができ、リフレクタを効率良く冷却することができる熱処理装置を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を水平に支持する基板支持部と、前記処理容器に形成された開口を介して、前記基板支持部に支持された被処理基板に対して光を照射するランプユニットと、前記ランプユニットを支持するランプユニット支持部とを具備し、前記ランプユニットは、先端を前記基板支持部に支持された被処理基板側に向けて設けられた複数のランプと、前記複数のランプを支持するベース部材と、前記ベース部材に、被処理基板の中心に対応する部分を中心にして同心状に、かつ被処理基板側に突出するように設けられた、前記ランプから照射された光を反射して被処理基板側に導く複数のリング状のリフレクタと、前記リフレクタの内部に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを有し、前記複数のランプの少なくとも一部は、前記リフレクタに沿って設けられており、前記リフレクタの内部には、その配置方向に沿ってリング状の空間からなる冷却媒体流路が形成されている、熱処理装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、複数のランプは、先端を被処理基板に向けて配置されているので、ハロゲンランプを平面状に敷き詰める場合よりも、ハロゲンランプの配置密度を高くすることができ、ランプの照射効率を高くすることができる。
【０００９】
また、複数のリフレクタがベース部材の被処理基板側の面に、その被処理基板の中心に対応する部分を中心にして同心状に、かつ被処理基板側に突出するように設けられ、複数のランプがこれらリフレクタに沿って配置されているので、リフレクタとしてライトパイプを設けた場合のように多数の反射を繰り返すことなく、ランプからの光を被処理基板に導くことができる。このため、熱として吸収されるエネルギーを少なくすることができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【００１０】
さらに、同心状のリフレクタの内部にリング状の空間からなる冷却媒体流路を形成したので、冷却媒体のコンダクタンスが低く、リフレクタを効率良く冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の熱処理装置の第１の実施形態に係るアニール装置を示す断面図である。
【図２】図１のアニール装置のランプユニットを示す底面図である。
【図３】図１のアニール装置のランプユニットの外管を示す斜視図である。
【図４】ランプユニットからランプモジュールを取り外した状態を示す斜視図である。
【図５Ａ】第１のランプモジュールの構成を示す模式図である。
【図５Ｂ】第２のランプモジュールの構成を示す模式図である。
【図５Ｃ】第３のランプモジュールの構成を示す模式図である。
【図５Ｄ】第４のランプモジュールの構成を示す模式図である。
【図６】ハロゲンランプの構造を説明するための側面図である。
【図７】隣接するハロゲンランプの間の距離を説明するための図である。
【図８】リフレクタの構造を示す断面図である。
【図９】リフレクタの、反射面を有する反射部となる金属板を取り付ける前の骨格を示す斜視図である。
【図１０】第４ゾーンのハロゲンランプを４５°傾斜させた際のランプからの放射光とリフレクタによる反射光をシミュレートした図である。
【図１１】冷却ヘッドおよび冷却ヘッドからリフレクタの内部等に冷却媒体を供給する構造を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係るアニール装置のランプユニットの一部を示す断面図である。
【図１３】図１１のランプユニットの要部を示す断面図である。
【図１４】第２の実施形態におけるハロゲンランプの取り付け状態を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係るアニール装置の主要部を示す断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係るアニール装置の光透過板支持部分を示す断面図である。
【図１７】第３の実施形態に係るアニール装置において、光透過板の上面に設けられたカバーの取り付け状態を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係るアニール装置のランプユニットを示す底面図である。
【図１９】本発明の第５の実施形態に係るアニール装置のランプユニットを示す底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の熱処理装置の第１の実施形態に係るアニール装置を示す断面図、図２はそのランプユニットを示す底面図、図３はランプユニットの外観を示す斜視図、図４はランプユニットからランプモジュールを取り外した状態を示す斜視図、図５は各ランプモジュールの構成を示す模式図である。
【００１４】
このアニール装置１００は、被処理基板であるウエハＷを処理する処理空間を規定する処理容器１と、処理容器１の上端に固定されたリング状をなすリッド２と、リッド２に支持され、複数のハロゲンランプを備えたランプユニット３と、処理容器１内でウエハＷを支持するウエハ支持部４と、処理容器１内でウエハ支持部４に支持されたウエハＷを昇降駆動および回転駆動させるための駆動部５とを主な構成要素として備えている。
【００１５】
処理容器１の側壁上部にはガス導入孔１１が形成されており、アニールの際の処理ガスとしてＡｒガス等が処理ガス供給源（図示せず）からガス配管１２を介して処理容器１内へ供給されるようになっている。処理容器１の底壁には、排気口１３が形成されており、この排気口１３には排気管１４が接続されている。そして、排気管１４に接続された真空ポンプ（図示せず）を作動させることにより、処理容器１内が排気口１３および排気管１４を介して排気され、処理容器１内が所定の真空雰囲気にされる。また、処理容器１の側壁の前記ガス導入孔１１とは反対側には、ウエハＷを搬入出する搬入出口１５が設けられており、この搬入出口１５はゲートバルブ１６により開閉可能となっている。
【００１６】
上記ウエハ支持部４は、回転および昇降可能に設けられたベースプレート１７と、ベースプレート１７の外周面に立設された複数のウエハ支持ピン１８と、ベースプレート１７の下面中心から下方に延びる回転シャフト１９とを有している。なお、ウエハ支持ピン１８に支持されているウエハＷの外周には、例えばシリコンで形成された均熱リング２０が設けられている。参照符号２０ａは均熱リング２０を支持する支持部材である。
【００１７】
上記駆動部５は、上記回転シャフト１９を磁気シール軸受け２１を介して回転可能に支持してウエハ支持部４のウエハ支持ピン１８に支持されたウエハＷを昇降させる昇降部材２２と、昇降部材２２を昇降させる昇降用モーター２３と、回転シャフト１９を介してウエハ支持部４に支持されたウエハＷを回転させる回転モーター２４とを有している。
【００１８】
チャンバ１の底部からガイドレール２５がレールベース２６に取り付けられた状態で下方鉛直方向に延びている。そして、昇降部材２２には、ガイドレール２５に沿って移動するリニアスライドブロック２７が取り付けられている。このリニアスライドブロック２７は、鉛直に延びるボールネジ２８に螺合されており、ボールネジ２８の下端にカップリング２９を介して上記昇降用モーター２３の回転軸２３ａが接続されていて、昇降用モーター２３によりボールネジ２８を回転させることによりリニアスライドブロック２７を介して昇降部材２２が昇降されるようになっている。
【００１９】
上記回転シャフト１９は磁気シール軸受け２１の下方に延び、その下端近傍にはプーリー３０が取り付けられている。一方、回転モーター２４の回転軸２４ａにはプーリー３１が取り付けられており、プーリー３０とプーリー３１にはベルト３２が巻き掛けられており、回転モーター２４の回転軸２４ａの回転がベルト３２を介して回転シャフト１９に伝達され、回転シャフト１９を介してウエハ支持ピン１８に支持されたウエハＷを回転するようになっている。回転シャフト１９の下端には、カップリング３３を介してエンコーダ３４が接続されている。
【００２０】
なお、チャンバ１の底部と昇降部材２２との間には、回転シャフト１９を覆うようにベローズ３５が設けられている。また、参照符号３６は、昇降部材２２の中心を出すための中心出し機構である。さらに、参照符号３７は放射温度計である。
【００２１】
ランプユニット３は、リッド２に支持され処理容器１の上方に処理容器１の上部開口を覆うように設けられたベース部材４０と、ベース部材４０の下面に、先端部を下方に向けて取り付けられた複数のハロゲンランプ４５と、ベース部材４０の下面に、そのウエハＷの中心に対応する部分を中心にして回転対称かつ同心状（同心円状）に、かつ下方に突出するように設けられた、ハロゲンランプ４５から照射された光を反射する３個のリフレクタ４１，４２，４３と、リング状のリッド２にシールリング５０を介して支持され、ハロゲンランプ４５とウエハＷとの間に、処理容器１の上部開口を塞ぐように気密に設けられた、透光性を有する窓部としての、円板状の光透過板４６と、リフレクタ４１，４２，４３の内部およびベース部材４０の内部に冷却水等の冷却媒体を流す冷却媒体供給手段としての冷却ヘッド４７とを有している。光透過板４６は、透光性を有する誘電体例えば石英からなる。複数のハロゲンランプ４５は、リフレクタ４１，４２，４３に沿って設けられている。ハロゲンランプ４５としては、給電部が一方のみに設けられたシングルエンドタイプのものが用いられ、給電部が上部に位置するように配置される。先端を下方に向けて配置されている。図２に示すように、複数のハロゲンランプ４５は、最内側のリフレクタ４１の内側の第１ゾーン３ａ、リフレクタ４１と４２の間の第２ゾーン３ｂ、リフレクタ４２と４３の間の第３ゾーン３ｃ、および最外側のリフレクタ４３の外側の第４ゾーン３ｄに配置されている。第２ゾーン３ｂ、第３ゾーン３ｃ、第４ゾーン３ｄには、冷却水供給等のため、ハロゲンランプ４５が設けられていないランプ非配置領域４８が存在し、これらゾーンのランプ非配置領域４８は重なった位置になるように存在している。
【００２２】
そして、ハロゲンランプ４５は複数が一体となったカートリッジタイプのランプモジュールとして設けられている。具体的には、図３および図５Ａ〜５Ｄに示すように、最内側の第１ゾーン３ａには、２つのハロゲンランプ４５が取り付け部５１に取り付けられてなる第１のランプモジュール６１（図５Ａ参照）が２個設けられ、第２ゾーン３ｂには、３つのハロゲンランプ４５が取り付け部５２に取り付けられてなる第２のランプモジュール６２（図５Ｂ参照）が５個設けられ、第３ゾーン３ｃには、４つのハロゲンランプ４５が取り付け部５３に取り付けられてなる第３のランプモジュール６３（図５Ｃ参照）が８個設けられ、第４ゾーン３ｄには、５つのハロゲンランプ４５が取り付け部５４に取り付けられてなる第４のランプモジュール６４（図５Ｄ参照）が１０個設けられている。各取り付け部５１〜５４には、ハロゲンランプ４５に給電するための給電ポート（図示せず）が設けられている。なお、これらランプモジュール６１〜６４は着脱可能に設けられており、全てのランプモジュールを取り外した状態が図４である。
【００２３】
図６に示すように、ハロゲンランプ４５は、シリンダー状の透明な石英ガラスからなる石英管５５と、石英管５５の内部に設けられたフィラメント５６と、フィラメント５６に給電するための給電端子５７とを有する。
【００２４】
石英管５５の外径は１８ｍｍであり、通常、フィラメント５６へは１００〜１２００Ｗ程度、最大１５００Ｗ程度の電力が供給される。このとき、ハロゲンランプ４５を点灯する際に、フルパワーで給電すると、その際の熱により隣接するハロゲンランプ４５の石英管５５の表面温度が上昇する。そして、図７に示す、互いに隣接するハロゲンランプ４５の石英管５５の中心間距離Ｌが２２ｍｍ未満になると、石英管５５の表面温度が石英ガラスの軟化温度である１６００℃を超えるおそれがある。したがって、隣接するハロゲンランプ４５の中心間の距離Ｌは２２ｍｍ以上であることが好ましい。シミュレーションの結果によると、単位面積当たりの発熱量が３２００Ｗ／ｍ２で距離Ｌが２０ｍｍの場合には３０００Ｋという極めて高い温度に達するが、距離Ｌが２２ｍｍになると１６００Ｋ（１３２７℃）程度と軟化温度よりも低くなった。
【００２５】
このような隣接するハロゲンランプ４５相互の熱の影響は、隣接するハロゲンランプ４５の間の距離を大きくとるほど小さくなるが、その距離を大きくとると加熱効率が低くなってしまう。したがって、所望の加熱効率が得られる範囲でその距離Ｌの上限を定めることが好ましく、具体的には４０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
リフレクタ４１，４２，４３は、図１および図８に示すように、ベース部材４０の天井部内壁に取り付けられた断面が逆樋状をなすリング状のベース６５と、断面形状がベース６５から下方に向けて先細り状となり、内部に冷却水等の冷却媒体が通流する冷却媒体流路６８となるリング状の空間を有するリング状の本体部６６とを有する。本体部６６は外側の表面が反射面となる２つの側壁６６ａ、６６ｂと、側壁６６ａ、６６ｂの先端側の先端壁６７とを有し、これらに囲まれた空間が冷却媒体流路６８となる。
【００２７】
リフレクタ４１，４２，４３は、冷却効率を高くするため、本体部６６の側壁６６ａ，６６ｂを極力薄くして内部のほとんどが冷却媒体流路６８になるようにした構造を有している。しかし、側壁６６ａ，６６ｂを薄くしすぎると、強度が低下してしまう。側壁６６ａ，６６ｂの厚さは、十分な冷却効率を確保するためには５ｍｍ以下が好ましく、強度を確保する観点からは１．２ｍｍ以上が好ましい。
【００２８】
なお、ベース部材４０の上記第４ゾーン３ｄよりも外側の外側リング部４４もリフレクタとして機能し、その内部にも冷却媒体流路７０が形成されている。
【００２９】
これらリフレクタ４１、４２，４３は、溶接構造であってもよいし、鋳造、鍛造またはプレス成形によって形成されていてもよい。製造の容易性等を考慮すると溶接構造であることが好ましく、以下のようにして製造されることが好ましい。まず、ベース６５に複数の骨格部材６９を適長間隔で複数点付け溶接し、次いで骨格部材６９の先端に先端壁６７を点付け溶接し、図９に示す状態とする。すなわち、最初に骨格部材６９や先端壁６７等からなる骨格を形成する。そして、図９の状態から反射壁６６ａ，６６ｂを構成する金属板をその骨格に取り付けることにより、具体的にはベース６５と先端部６７の間の内周側と外周側に、骨格部材６９に沿って取り付ける。これによりリフレクタ４１，４２，４３が製造される。本体部６６のとしては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）を用いることができ、その反射面には反射率の高い材料のコーティング、例えば金メッキが施される。
【００３０】
リフレクタ４１，４２，４３の内側および外側の反射面の少なくとも一部は、ウエハ支持ピン１８に支持されたウエハＷの上面の法線に対して傾斜した円錐面を構成することが好ましい。これにより、ハロゲンランプ４５からの光を、下方に位置するウエハＷに容易に導くことができる。ただし、装置設計上、全てのリフレクタの全ての面が傾斜していなくてもよく、その際の角度はリフレクタ毎に０〜６０°の範囲で適宜選択することが好ましい。また、各リフレクタの内側面および外側面の傾斜角度は同じでも異なっていてもよい。
【００３１】
また、ハロゲンランプ４５は、ウエハ支持ピン１８に支持されたウエハＷの上面の法線に対して内側に傾斜していることが好ましい。このようにハロゲンランプ４５を傾斜させて設けることにより、ハロゲンランプ４５からの光の照射効率を高めることができる。図１０は、第４ゾーンのハロゲンランプを４５°傾斜させた際のランプからの放射光とリフレクタによる反射光をシミュレートした図である。この図から、ハロゲンランプを傾斜させることにより、多くの反射光がウエハＷに向かって照射されるようになることがわかる。この際の傾斜角度は装置設計に応じて適宜の値を選択すればよいが、５〜４７°の範囲とすることが好ましい。また、ハロゲンランプ４５の傾斜角度は、ゾーン毎に調整することができ、例えば、最内側の第１ゾーンから最外側の第４ゾーンに向けて傾斜が大きくなるように調整することができる。また、各ゾーンの複数のランプモジュール毎にハロゲンランプ４５の傾斜角度を異ならせてもよい。
【００３２】
冷却ヘッド４７は、図１１に示すように、冷却水等の冷却媒体を導入する導入ポート７１と、冷却媒体を排出する排出ポート７２とを有しており、これらに冷却媒体供給配管および冷却媒体排出配管（いずれも図示せず）が接続されるようになっている。また、冷却ヘッド４７の内部には、導入ポート７１に繋がる冷却媒体供給流路７３が形成され、この冷却水供給流路７３から分岐した分岐流路７４，７５，７６，７７が、それぞれ冷却媒体流路７０、リフレクタ４３の冷却媒体流路６８、リフレクタ４２の冷却媒体流路６８、リフレクタ４１の冷却媒体流路６８に接続されている。さらに、冷却ヘッド４７の内部には、排出ポート７２に繋がる冷却媒体排出流路７８が形成され、この冷却媒体排出流路７８から分岐した分岐流路７９，８０，８１，８２が、それぞれ冷却媒体流路７０、リフレクタ４３の冷却媒体流路６８、リフレクタ４２の冷却媒体流路６８、リフレクタ４１の冷却媒体流路６８に接続されている。なお、便宜上、図１１にはハロゲンランプ４５は描いていない。
【００３３】
アニール装置１００は、さらに制御部９０を有している。制御部９０はマイクロプロセッサを有し、主にアニール装置１００の各構成部を制御する。
【００３４】
次に、このように構成されるアニール装置１００の動作について説明する。
まず、ゲートバルブ１６を開にして、図示しない搬送アームによりウエハＷを搬入出口１５を介して処理容器１内に搬入し、上方に突出した状態のウエハ支持ピン１８上にウエハＷを載置する。そして、ゲートバルブ１６を閉じるとともに、昇降用モーター２３によりウエハＷを処理位置に降下させる。
【００３５】
そして、ウエハＷを回転させながら、複数のハロゲンランプ４５に給電し、ハロゲンランプ４５を点灯させ、アニールを開始する。ハロゲンランプ４５の光は、光透過板４６を透過してウエハＷに至り、ウエハＷはその熱で加熱される。このときの加熱温度は例えば７００〜１２００℃であり、昇温速度および降温速度は２０〜５０℃／ｓｅｃ程度を実現することができる。また、ハロゲンランプ４５からのウエハＷへの照射エネルギーは、０．５Ｗ／ｍｍ２以上を実現することができ、ウエハＷの温度均一性も高い。
【００３６】
この場合に、複数のハロゲンランプ４５は、先端を下方に向けて配置されているので、上記特許文献１に開示されたようにハロゲンランプを平面状に敷き詰める場合よりも、ハロゲンランプの配置密度を高くすることができる。このため、ハロゲンランプ４５の照射効率を高くすることができる。
【００３７】
また、リフレクタ４１，４２，４３が同心状に設けられ、複数のハロゲンランプ４５がこれらリフレクタに沿って配置されているので、引用文献２のようにリフレクタとしてライトパイプを設けた場合のように多数の反射を繰り返すことなく、ハロゲンランプ４５からの光をウエハＷに導くことができる。このため、熱として吸収されるエネルギーを少なくすることができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【００３８】
さらに、同心状のリフレクタ４１，４２，４３の内部にリング状の空間からなる冷却媒体流路６８を形成したので、冷却媒体のコンダクタンスが低く、リフレクタ４１，４２，４３を効率良く冷却することができる。
【００３９】
さらにまた、リフレクタ４１，４２，４３は、ベース６５と骨格部材６９で骨格を形成した後に、反射部６６を構成する金属板をリング状に取り付けて構成するようにしたので、容易に形成することができ、また、反射面を構成する反射部６６が金属板であるため、一層冷却効率が高い。
【００４０】
さらにまた、リフレクタ４１，４２，４３の内側および外側の反射面は、ウエハ支持ピン１８に支持されたウエハＷの上面の法線に対して傾斜した円錐面を構成することにより、反射したハロゲンランプ４５の光を、下方のウエハＷにより導きやすくなるので、リフレクタでの反射回数を一層少なくすることができ、より照射効率を高くすることができる。また、ハロゲンランプ４５をウエハＷの上面の法線に対して内側に傾斜するように設けることにより、ハロゲンランプ４５からの光の照射効率を高めることができる。
【００４１】
さらにまた、複数のハロゲンランプ４５を一括して取り付け部に取り付けたカートリッジタイプのランプモジュールを着脱可能に設けたので、ハロゲンランプの交換等のメンテナンスを容易に行うことができ、メンテナンス性を高めることができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、ハロゲンランプ４５の給電端子５７の保護を図るものである。アニール処理の際にハロゲンランプ４５を点灯すると、その熱により給電端子５７が加熱される。加熱により給電端子５７の温度が３５０℃を超えると導体として使用しているＭｏ箔が急速に酸化し、断線する。このため、本実施形態では給電端子５７の冷却およびハロゲンランプ４５から給電端子５７への遮光を行う。
【００４３】
図１２は本発明の第２の実施形態に係るアニール装置のランプユニットの一部を示す断面図、図１３はその要部の断面図、図１４はハロゲンランプの取り付け状態を示す斜視図である。本実施形態のランプユニット１０３においては、ハロゲンランプ４５は、給電端子５７を熱伝導性の良い冷却ブロック１１１で覆った構造を有している。冷却ブロック１１１は、給電端子５７の側方に突出した突出部１１２を有し、その突出部１１２の下面が放熱面１１２ａとなる。そして、ハロゲンランプ４５は、この放熱面１１２ａが冷却媒体で冷却される冷却壁１１４に接触するように設けられている。これにより、給電端子５７の熱は、冷却ブロック１１１に伝熱し、その放熱面１１２ａから冷却壁１１４に放熱され、給電端子５７が過度に昇温することが防止される。図示するように、本実施形態では、リフレクタ４２、４３はベースリング４２ａ，４３ａを有しており、第２ゾーン３ｂのハロゲンランプ４５は、ベースリング４２ａを冷却壁１１４としており、第３ゾーン３ｃのハロゲンランプは、ベースリング４３ａを冷却壁１１４としている。そして、第２ゾーン３ｂおよび第３ゾーン３ｃのハロゲンランプ４５はリフレクタ４２、４３の冷却媒体流路６８に流れる冷却媒体により、その給電端子５７が冷却される。また、第４ゾーン３ｄのハロゲンランプ４５は、冷却媒体流路７０が形成されている外側リング部４４の冷却媒体流路７０の近傍部分を冷却壁１１４としている。図示はしていないが第１ゾーン３ａのハロゲンランプはリフレクタ４１のベースリングを冷却壁１１４としている。
【００４４】
図１３に示すように、給電端子５７の差し込み部５７ａはソケット１１５に差し込まれ、ソケット１１５はランプモジュールの取り付け部に取り付けられている。ソケット１１５には、給電端子５７に取り付けられた冷却ブロック１１１を冷却壁１１４に押しつけるように付勢する付勢部材としての板バネ１１６が取り付けられている。この板バネ１１６の付勢力により、冷却ブロック１１１が冷却壁１１４に押しつけられることにより、冷却ブロック１１１が安定して冷却壁１１４に接触することができ、給電端子５７の冷却能力を高めることができる。板バネ１１６の代わりに、コイルバネ等の他の付勢部材を用いてもよい。
【００４５】
また、ハロゲンランプ４５の石英管５５における給電端子５７近傍位置には、フィラメント５６から発せられた光を遮光する遮光壁１２０が設けられている。これにより、給電端子５７の昇温を抑制することができる。遮光壁１２０は複数設けてもよい。
【００４６】
図１４は、第３ゾーン３ｃの第３のランプモジュール６３がリフレクタ４３のベースリング４３ａに取り付けられた状態を示している。ベースリング４３ａには、凹部１２１が形成されており、凹部１２１の底が冷却壁１１４となっている。そして、第３のランプモジュール６３の４つのハロゲンランプ４５にそれぞれ取り付けられた冷却ブロック１１１の突出部１１２が凹部１２１に嵌合され、これにより突出部１１２の放射面１１２ａが冷却壁１１４に接触されるようになっている。他のゾーンのランプモジュールも同様な取り付け形態を有する。また、リフレクタ４３におけるベースリング４３ａの直下部分の内周側には、遮光壁１２０がリング状に設けられており、遮光壁１２０にはハロゲンランプ４５の石英管５５が嵌められる半円状の切り欠き部１２０ａが形成されている。リフレクタ４３の内側に設けられた遮光壁１２０に対応するように、リフレクタ４２の外側の遮光壁１２０が設けられており（図１２参照）、図示はしていないが、リフレクタ４２の外側の遮光壁１２０には、リフレクタ４３の内側に設けられた遮光壁１２０の切り欠き部１２０ａと対応する部分に半円状の切り欠き部が形成されている。これにより、第３のランプモジュール６３において、ハロゲンランプ４５のフィラメント５６から給電端子５７に向かう光は遮光壁１２０により効果的に遮光される。他のゾーンのハロゲンランプ４５においても、同様の構造の遮光壁１２０によりフィラメント５６から給電端子５７に向かう光が遮光される。
【００４７】
このように本実施形態では、ハロゲンランプ４５の給電端子５７を冷却ブロック１１１で覆い、冷却ブロック１１１の突出部１１２の放熱面１１２ａを冷却媒体で冷却された冷却壁１１４に接触させるので、給電端子５７の熱は、冷却ブロック１１１に伝熱し、その放熱面１１２ａから冷却壁１１４に放熱され、給電端子５７が過度に昇温することが防止される。このとき、板バネ１１６の付勢力により冷却ブロック１１１が冷却壁１１４に押しつけられることにより、冷却ブロック１１１が安定して冷却壁１１４に接触することができ、給電端子５７の冷却能力をより高めることができる。
【００４８】
また、ハロゲンランプ４５の石英管５５における給電端子５７近傍位置には、フィラメント５６から発せられた光を遮光する遮光壁１２０が設けられているので、フィラメント５６から発せられた光が給電端子５７に達することを防止することができ，ハロゲンランプ４５から発せられた光による給電端子５７の破損等を抑制することができる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
ランプユニットにおいて、光透過板とリッドとの間に介装されたシールリングは、ハロゲンランプ４５に近接して設けられているため、ランプユニットにおいてハロゲンランプから発生した熱により、また、ハロゲンランプから放射された光が照射されることにより、昇温されて熱変形や融解を生じるおそれがある。そのため、本実施形態では、主に、このようなシールリングを保護するための構成について説明する。
【００５０】
図１５は本発明の第３の実施形態に係るアニール装置の主要部を示す断面図、図１６は第３の実施形態に係るアニール装置の光透過板支持部分を示す断面図である。本実施形態のアニール装置は、フランジ部（段差部）４６ａが形成された光透過板４６′を有するランプユニット２０３を備えている。この光透過板４６′のフランジ部４６ａは、シールリング５０を介してベースとなるリッド２′に支持されている。
【００５１】
ランプユニット２０３は、第１ゾーン３ａの第１のランプモジュール６１、第２ゾーン３ｂの第２のランプモジュール６２、および第３ゾーン３ｃの第３のランプモジュール６３を支持する上下に設けられた２つの支持フレーム１３１、１３２を有している（図では第２のランプモジュール６２と、第３のランプモジュール６３のみ図示）。これら支持フレーム１３１、１３２は、各ランプモジュールのハロゲンランプ４５が隣接するリフレクタから５ｍｍ以上離れるように、第１のランプモジュール６１、第２のランプモジュール６２、および第３のランプモジュール６３を支持している。また、第４ゾーン３ｄの第４のランプモジュール６４は、そのハロゲンランプが外側リング部４４から５ｍｍ以上離れるようにフレーム１３３により支持されている。これによりハロゲンランプ４５とリフレクタとの間および支持フレーム１３１と１３２との間には通風を確保することが可能となっている。そして、ランプユニット２０３内には、図示しないブロワまたはファンにより、図１５中矢印で示すような通風が確保されて熱排気されるようになっている。すなわち、リッド２′側から光透過板４６′の上面を通って内側に向かい、さらにハロゲンランプ４５の設置部に向かい、ハロゲンランプ４５とリフレクタの間を通って上昇し、さらに支持フレーム１３１および１３２の間を通って外部に抜けるように通風されて熱排気されるようになっている。これにより、ファンにより供給される冷却空気によって、ハロゲンランプ４５等から発生する熱排気が希釈され、かつシールリング５０に対応する部分は熱排気の上流側となるため、シールリング５０の温度の上昇を抑制することができる。
【００５２】
図１６に示すように、ベースとなるリッド２′は、光透過板４６′のフランジ部４６ａに対応した段部を有し、光透過板４６′に対応する部分にシールリング５０が収容されるシールリング溝５０ａが環状に形成されており、シールリング溝５０ａの直下に冷却媒体流路１３５がシールリング溝５０ａに沿って環状に形成されている。
【００５３】
光透過板４６′の上面のフランジ部４６ａに対応する部分には、シールリング５０への直射光を防ぐためのリング状のカバー１４１が設けられている。カバー１４１は遮光性を有するものであり、例えばテフロン（登録商標）で形成されている。このカバー１４１は、図１７に示すように、周方向に沿って等間隔に設けられた固定治具１４２により固定されている。固定治具１４２はリッド２′にボルト１４２ａにより固定されている。
【００５４】
光透過板４６′の底面とリッド２′の対応する面との間には、光透過板４６′とリッド２′との熱膨張差に起因する応力を緩和するための摺動部材１４３が介装されている。摺動部材１４３は滑り性の良い材料、例えばテフロン（登録商標）で形成されている。
【００５５】
光透過板４６′のフランジ部４６ａの底面とリッド２′の対応する面との間には段差ｔが形成されており、この段差ｔは０．５ｍｍ以上となっている。これにより、シール部にかかる力を軽減する。段差ｔの存在により、シールリング５０が内側に引きこまれることを防止するために、シールリング溝５０ａのシールリング５０よりも内側部分に硬質樹脂からなるサポートリング１４４が設けられている。
【００５６】
本実施形態では、ランプユニット２０３が通風構造を有し、リッド２′側から光透過板４６′の上面を通って内部に向かい、さらにハロゲンランプ４５とリフレクタの間を通って上昇し、さらに支持フレーム１３１および１３２の間を通って外部に抜けるように通風されて熱排気される。このため、ファンにより供給される冷却空気によって、ハロゲンランプ４５等から発生する熱排気が希釈され、かつシールリング５０に対応する部分は熱排気の上流側となるため、シールリング５０が配置されている部分の雰囲気の温度を低下させることができ、シールリング５０の温度上昇を抑制することができる。また、シールリング５０は冷却媒体流路１３５を流れる冷却媒体により冷却され、これによってさらにシールリング５０の温度上昇を抑制することができる。さらに、光透過板４６′のシールリング５０に対応するフランジ部４６ａ上面に遮光性を有するカバーを設けたので、シールリング５０にランプユニット２０３から直射光が入射することが防止され、シールリング５０が直射光により昇温することも防止される。さらにまた、光透過板４６′がフランジ部４６ａを有する段差構造を有するため、シールリング５０に対する散乱光の侵入が抑制される。
【００５７】
また、例えば石英製の光透過板４６′と金属製のリッド２′とは、熱膨張差が大きく、ハロゲンランプ４５から光透過板４６′に光が照射されて光透過板４６′およびリッド２′の間に熱応力が生じるが、本実施形態では光透過板４６′の底面とリッド２′の対応する面との間に滑り性の良い摺動部材１４３が介装されているので、両者の間の熱応力が緩和され、光透過板４６′の破損等が防止される。さらに、光透過板４６′のフランジ部４６ａの底面とリッド２′の対応する面との間には０．５ｍｍ以上の段差が形成されているので、大気圧を肉の薄いフランジ部４６ａで支える必要がなく、光透過板４６′の破損を防ぐことができる。
【００５８】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、ハロゲンランプ４５の配置に関するものである。
【００５９】
図１８は、本発明の第４の実施形態に係るアニール装置のランプユニットを示す底面図である。ランプユニット３０３は、第１の実施形態と同様、３個のリフレクタ４１，４２，４３を有し、複数のハロゲンランプ４５が最内側のリフレクタ４１の内側の第１ゾーン３ａ、リフレクタ４１と４２の間の第２ゾーン３ｂ、リフレクタ４２と４３の間の第３ゾーン３ｃ、および最外側のリフレクタ４３の外側の第４ゾーン３ｄに配置されている。本実施形態では、第２ゾーン３ｂ、第３ゾーン３ｃ、第４ゾーン３ｄのランプ非配置領域４８の隣接するもの同士が重ならないようにハロゲンランプ４５を配置している。具体的には、第２ゾーン３ｂと第４ゾーン３ｄのランプ非配置領域４８を対応する位置とし、その間の第３ゾーン３ｃのランプ非配置領域４８を、第２ゾーン３ｂと第４ゾーン３ｄのランプ非配置領域４８とは反対側の位置としている。
【００６０】
本実施形態では、ウエハＷを回転させながらアニール処理を行うため、隣接するランプ非配置領域４８が重なっていても原理的には加熱の均一性には問題がない。しかし、光透過板４６は回転しないため、ランプ非配置領域４８が重なっていると、光透過板４６が不均一に加熱されてしまい、ウエハから揮発した副生成物が光透過板４６の温度の低い領域に選択的に蒸着し、光透過板４６の一部の透光性が低下する。これに対し、本実施形態のように隣接するゾーンのランプ非配置領域４８をずらすことにより、光透過板６４をより均一に加熱することができるようになる。ランプ非配置領域４８の配置は、図１８のものに限らず、第２ゾーン３ｂ、第３ゾーン３ｃ、第４ゾーン３ｄのランプ非配置領域を約１２０°ずつずらす等、他の配置であってもよい。
【００６１】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態もハロゲンランプ４５の配置に関するものである。
【００６２】
図１９は、本発明の第５の実施形態に係るアニール装置のランプユニットを示す底面図である。本実施形態のランプユニット４０３は、最内側のリフレクタ４１が存在せず、かつ第１ゾーン３ａのハロゲンランプ４５が４つ一直線に並んでいる点が、第４の実施形態のランプユニット３０３とは異なっており、他は第４の実施形態と同じである。
【００６３】
第４の実施形態では、第１ゾーン３ａのハロゲンランプ４５と第２ゾーン３ｂのハロゲンランプ４５の間が広く、ランプ光が照射され難い部分が存在し、ウエハＷの中央部分を均一に加熱できないおそれがある。すなわち、最内側のリフレクタ４１を配置することにより、ハロゲンランプ４５の配置位置が制限されて均一照射を行い難くなる場合があり、また、ウエハＷを回転していることを考慮すると、ハロゲンランプ４５を直線的に配置したほうがより広い範囲に照射することができる。
【００６４】
このため、第５の実施形態では、最内側のリフレクタ４１を設けず、かつ第１ゾーン３ａの５つのハロゲンランプ４５を一直線上に配置するようにし、ウエハＷの内側領域の均一加熱を可能とした。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、熱処理装置としてアニール装置を例にとって示したが、成膜装置等、被処理基板の加熱が必要な他の装置に適用することができる。また、上記実施形態では同心状のリフレクタを３個設けたが、これに限らず、被処理基板の大きさやハロゲンランプの配置に応じて、２個以上の任意の数にすることが可能である。
【００６６】
また、上記実施形態では、ランプとしてハロゲンランプを用いた例を示したが、加熱可能なランプであればこれに限るものではない。また、ランプとしてシングルエンドのものを用いたが、ダブルエンドのものを用いてもよい。この場合には、２つの給電部が上部になるようにＵ字状に形成し、Ｕ字の曲折部分を先端部としてランプを配置すればよい。
【００６７】
さらに、上記実施形態ではランプユニットを処理容器の上面に形成された開口に臨むように処理容器の上方に設けた例を示したが、処理容器の下面に開口を形成して、その開口に臨むように処理容器の下方に設けてもよい。
【００６８】
さらにまた、上記実施形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板等他の基板であってもよい。また、上記実施形態では、円形の半導体ウエハに対応して、リフレクタを同心円状に設けたが、これに限るものではなく、例えばＦＰＤ基板のような矩形基板の場合には、リフレクタを矩形状に配置してもよい。
【００６９】
また、本発明の範囲を逸脱しない限り、複数の実施形態の構成要素を適宜組み合わせたもの、あるいは上記実施形態の構成要素を一部取り除いたものも本発明の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011021549.tif 000006
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2011021549.tif 000024
【国際調査報告】
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